АЛКИНИ: СВОЙСТВА, СТРУКТУРА, ПРИЛОЖЕНИЯ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На алкини са въглеводороди или органични съединения, съдържащи в техните структури тройна връзка между два въглеродни атома. Тази тройна връзка (≡) се счита за функционална група, тъй като представлява активно място на молекулата и следователно е отговорна за тяхната реактивност.

Въпреки че алкините не се различават много от алканите или алкените, те проявяват по-голяма киселинност и полярност поради естеството на техните връзки. Точният термин за описание на тази малка разлика е това, което е известно като ненасищане.

От jason.kaechler (Flickr: Oxygen / Acetylene Torch), през Wikimedia Commons

Алканите са наситени въглеводороди, докато алкините са най-ненаситените по отношение на първоначалната структура. Какво означава това? Това алкан Н ₃ С-СН ₃ (етан) може да се дехидрира до Н ₂ С = СН ₂ (етен) и впоследствие да HC≡CH (етин, или по-известен като ацетилен).

Забележете как с образуването на допълнителни връзки между въглеродите броят на свързаните към тях водород намалява. Въглеродът, поради своите електронни характеристики, се стреми да образува четири прости връзки, така че колкото по-голяма е ненаситеността, толкова по-голяма е тенденцията за реакция (с изключение на ароматните съединения).

От друга страна, тройната връзка е много по-силна от двойната връзка (=) или единичната връзка (-), но с висока енергийна цена. Следователно повечето въглеводороди (алкани и алкени) могат да образуват тройни връзки при повишени температури.

В следствие на високите енергии на тези и когато те се счупят, те отделят много топлина. Пример за това явление се вижда, когато ацетиленът се изгаря с кислород и интензивната топлина на пламъка се използва за заваряване или стопяване на метали (горно изображение).

Ацетиленът е най-простият и най-малкият алкин от всички. Други въглеводороди могат да бъдат изразени от неговата химична формула чрез заместване на Н за алкилови групи (RC≡CR '). Същото се случва в света на органичния синтез чрез голям брой реакции.

Този алкин се получава от реакцията на калциев оксид от варовик и кокс, суровина, която осигурява необходимите въглеродни емисии в електрическа пещ:

CaO + 3C => CaC ₂ + CO

CAC ₂ е калциев карбид, неорганична съединение, което накрая реагира с вода за образуване ацетилен:

CAC ₂ + 2Н ₂ O => Са (ОН) ₂ + HC≡CH

Физични и химични свойства на алкините

полярност

Тройната връзка отличава алкините от алканите и алкените. Трите вида въглеводороди са неполярни, неразтворими във вода и много слаби киселини. Електроотрицателността на въглеродните двойни и тройни връзки обаче е по-голяма от тази на единичните въглероди.

Според това въглеродните съседни на тройната връзка му придават отрицателна плътност на заряда чрез индуктивен ефект. Поради тази причина, където връзките C≡C или C = C, ще има по-висока плътност на електроните, отколкото в останалата част на въглеродния скелет. В резултат на това има малък диполен момент, при който молекулите си взаимодействат от дипол-диполни сили.

Тези взаимодействия са много слаби, ако техните диполни моменти се сравняват с тези на молекулата на водата или на какъвто и да е алкохол. Това се отразява на техните физични свойства: алкините обикновено имат по-високи температури на топене и кипене в сравнение с по-малко ненаситените въглеводороди.

По същия начин, поради ниската си полярност, те са по-малко неразтворими във вода, но са разтворими в неполярни органични разтворители като бензол.

киселинност

По същия начин, тази електроотрицателност причинява водородния HC ≡CR да бъде по-кисел от всички присъстващи в други въглеводороди. Следователно, алкините са по-кисели видове от алкените и много по-кисели от алканите. Неговата киселинност обаче все още е незначителна в сравнение с тази на карбоксилните киселини.

Тъй като алкините са много слаби киселини, те реагират само с много силни основи, като натриев амид:

HC≡CR + NaNH ₂ => HC≡CNa + NH ₃

От тази реакция се получава разтвор на натриев ацетилид, суровина за синтеза на други алкини.

реактивност

Реактивността на алкините се обяснява с добавянето на малки молекули към тройната им връзка, намалявайки ненаситеността им. Това могат да бъдат водородни молекули, водородни халогениди, вода или халогени.

хидрогениране

Малката молекула на Н ₂ е много неуловим и бързо, така че да се увеличи вероятността, че те се прибавят към тройната връзка на алкини, трябва да се използват катализатори.

Това обикновено са метали (Pd, Pt, Rh или Ni), фино разделени за увеличаване на повърхността; и по този начин, контактът между водород и алкин:

RC≡CR "+ 2Н ₂ => RCH ₂ СН ₂ R '

Резултатът е, че водородът е "котва" на въглеродните атоми от счупване на връзка, и така нататък до съответния алкан, RCH ₂ СН ₂ R 'е произведен. Това не само насища първоначалния въглеводород, но и променя молекулната му структура.

Добавяне на водородни халогениди

Тук се добавя неорганичната молекула HX, където X може да бъде всеки от халогените (F, Cl, Br или I):

RC≡CR '+ HX => RCH = CXR'

Хидратация

Хидратацията на алкините е когато те добавят водна молекула за образуване на алдехид или кетон:

RC≡CR '+ H ₂ O => RCH ₂ COR'

Ако R 'е Н, това е алдехид; ако е алкил, то това е кетон. В реакцията съединение, известно като енол (RCH = C (OH) R '), се образува като междинно съединение.

Това претърпява преобразуване от енолната форма (С - ОН) в кетонична форма (С = О) в равновесие, наречено тавтомеризация.

Добавяне на халогени

И по отношение на добавки, на двуатомни молекулите на халогени (X ₂ = F ₂, Cl ₂, Br ₂ или I ₂) може да се закрепва към въглеродните атоми на тройната връзка:

RC≡CR '+ 2X ₂ => RCX ₂ –CX ₂ R'

Ацетиленово алкилиране

Други алкини могат да бъдат получени от разтвор на натриев ацетилид, като се използва алкилов халид:

HC≡CNa + RX => HC≡CR + NaX

Например, ако беше метил йодид, тогава полученият алкин би бил:

HC≡CNa + CH ₃ I => HC≡CCH ₃ + NaX

HC≡CCH ₃ е пропин, известен също като метил ацетилен.

Химическа структура

От Бен Милс, от Wikimedia Commons

Каква е структурата на алкините? Ацетиленовата молекула е показана на горното изображение. От него ясно се наблюдава линейната геометрия на C≡C връзката.

Следователно, когато има тройна връзка, структурата на молекулата трябва да бъде линейна. Това е още една от забележителните разлики между тях и останалите въглеводороди.

Алкани обикновено се представят като зигзаг, защото те имат SP ³ хибридизация и техните връзки са 109º един от друг. Те всъщност са верига от ковалентно свързани тетраедри. Докато алкените са плоски поради sp ² хибридизация на техните въглероди, по-точно образувайки триъгълна равнина с връзки, разделени на 120 °.

В алкините орбиталната хибридизация е sp, тоест те имат 50% s характер и 50% p характер. Две sp хибридни орбитали са свързани към Н атоми в ацетилен или към алкилни групи в алкини.

Разстоянието между двата H или R е 180º, в допълнение към факта, че само по този начин чистите p орбитали на въглеродните атоми могат да образуват тройната връзка. Поради тази причина връзката -C≡C– е линейна. Гледайки структурата на всяка молекула, -C≡C– се откроява в онези региони, където скелетът е много линеен.

Разстояние на връзките и крайните алкини

Въглеродите в тройната връзка са по-близо, отколкото в двойната или единичната връзка. С други думи, C≡C е по-къс от C = C и C - C. В резултат връзката е по-силна, защото двете π връзки спомагат за стабилизирането на единичната σ връзка.

Ако тройната връзка е в края на верига, тогава това е терминален алкин. Следователно, формулата на споменатото съединение трябва да бъде HC≡CR, където Н подчертава края или началото на веригата.

Ако от друга страна това е вътрешна тройна връзка, формулата е RC≡CR ', където R и R' са дясната и лявата страна на веригата.

номенклатура

Как алкините се назовават според правилата, диктувани от IUPAC? По същия начин, както са наречени алкани и алкени. За да направите това, наставката –ano или –eno се променя на суфикса –ino.

Например: HC≡CCH ₃ се нарича пропин, тъй като тя има три въглеродни атома, като пропан (CH ₃ СН ₂ СН ₃). HC≡CCH ₂ СН ₃ е 1-бутин, което е краен алкин. Но в случай на СН ₃ C≡CCH ₃ е 2-бутин, и в това, че тройната връзка не е терминал но вътрешно.

CH ₃ C≡CCH ₂ СН ₂ (CH ₃) ₂ е 5-метил-2-хексин. Въглеродите се броят от страната, най-близка до тройната връзка.

Друг вид алкини са циклоалкините. За тях е достатъчно суфиксът –ано да бъде заменен с –но на съответния циклоалкан. По този начин циклопропан, който има тройна връзка, е наречен циклопропино (което не съществува).

Когато има две тройни връзки, към името се добавя префиксът di-. Примери са НССС-С2Н, диацетилен или пропадино; и HC≡C - C - C≡H, бутадино.

Приложения

Ацетилен или етин

Най-малкият от алкините сгъстява възможния брой приложения за тези въглеводороди. От него чрез алкилиране могат да се синтезират други органични съединения. По същия начин той претърпява окислителни реакции за получаване на етанол, оцетна киселина, акрилова киселина, наред с други.

Друга негова употреба се състои в осигуряване на източника на топлина за възбуждане на електроните на атомите; по-конкретно на метални катиони при определяне на атомна абсорбция-емисии, широко използвана спектроскопска техника.

Естествени алкини

Единствените съществуващи методи за приготвяне на алкини са не само синтетични или с прилагането на топлина при липса на кислород, но и биологични.

Те използват ензими, наречени ацетиленази, които могат да дехидрогенират двойна връзка. Благодарение на това се получават много природни източници на алкини.

В резултат на това от тези източници могат да бъдат извлечени отрови, антидоти, лекарства или друго съединение, което осигурява известна полза; особено когато се отнася до здравето. Алтернативите са много, когато модифицират оригиналните си структури и имат като опора за нови алкини.

Примери за алкини

Досега бяха споменати множество примери за алкини. Някои обаче идват от много специфични източници или имат конкретни молекулярни структури: те са полиацетилени.

Това означава, че може да има повече от една тройна връзка, която е част от много голяма структура, а не само една въглеродна верига.

Таринова киселина

От Yikrazuul, от Wikimedia Commons

Таринова киселина идва от растение, разположено в Гватемала, наречено Picramnia tariri. Специално се извлича от маслото на семената му.

В молекулярната му структура може да се наблюдава единична тройна връзка, която отделя аполарна опашка от полярна глава; следователно може да се разглежда като амфипатна молекула.

Histrionicotoxin

От Meodipt и Rolf Kolasch

от en.wikipedia, от Wikimedia Commons

Histrionicotoxin е отрова, отделяна от кожата на жаби, обитаващи Колумбия, Бразилия и други страни от Латинска Америка. Той има две тройни връзки, свързани с една двойна връзка. И двете са крайни и са разделени от шест въглероден пръстен и цикличен амин.

Cicutoxin

От Giorgiogp2, от Wikimedia Commons

От молекулната структура на Цикутоксин къде са тройните връзки? Ако двойните връзки са плоски, както се вижда отдясно, а единичните връзки са тетраедрични, както в краищата, тройките са линейни и са на наклона ().

Това съединение се състои от невротоксин, който се намира главно в растението с воден бурак.

Capillina

От Klever, от Wikimedia Commons

Това е алкин, присъстващ в етеричното масло от растения мъг, който се използва като противогъбично средство. Могат да се наблюдават две последователни тройни връзки, по-правилно конюгирани.

Какво означава? Тези тройни връзки резонират по цялата въглеродна верига и включват C = O двойно отваряне на връзка към C - O ^-.

Pargyline

От Харбин, от Wikimedia Commons

Това е алкин с антихипертензивна активност. Анализирайки структурата му на части, имаме: бензилова група вляво, третичен амин в средата и пропинил вдясно; тоест терминална пропинова група.

Препратки

1. Франсис А. Кери. Органична химия. Карбоксилни киселини. (шесто изд., страници 368-397). Mc Graw Hill.
2. Бренан, Джон. (10 март 2018 г.). Примери за Алкини. Sciencing. Взета от: sciaching.com
3. BYJU-те години. (2018). Тройна връзка в Алкинес. Взета от: byjus.com
4. Енциклопедия на примери (2017). Алкини. Възстановено от: example.co
5. Кевин А. Будо. Алкини. Взета от: angelo.edu
6. Робърт К. Нойман, младши Алкенес и Алкинес., Взето от: chem.ucr.edu